汽车电路图解析，读懂电源系统电路

电源系统电路包括交流发电机工作电路（即发电机励磁电路、整流电路及调节器工作电路）、充电电路及充电指示灯控制电路等。

1.发电机工作电路

现代汽车发电机均采用硅整流交流发电机，主要由转子、定子、整流器及附件（电压调节器、充电指示灯、电流表、电压表）等组成。硅整流交流发电机按定子绕组的连接方式分为星形联结（简称ㄚ联结）和三角形联结（简称△联结）两种，如图3-1所示。

图3-1 发电机定子绕组的联结

a）星形联结 b）三角形联结

硅整流交流发电机要输出稳定的电压，需用电压调节器进行调节，电压调节器调节发动机输出电压的实质是通过调节交流发电机的励磁电流来间接调节交流发电机的输出电压的，因此电压调节器的作用是作为一个自动控制的开关（或晶体管等电子开关）串联在励磁绕组的回路中，自动调节励磁绕组中电流的大小，按电压调节器在励磁回路中安装位置的不同，将交流发电机和电压调节器分为内搭铁和外搭铁两种类型。励磁绕组的一端经集电环和电刷在发电机端盖上直接搭铁的发电机称为内搭铁型发电机，如图3-2a所示，与之配用的电压调节器称为内搭铁型调节器；励磁绕组的两端均与发电机外壳绝缘，其中一端由集电环和电刷输出经电压调节器后搭铁的发电机称为外搭铁型发电机，如图3-2b所示，与之配用的电压调节器称为外搭铁型调节器。

图3-2 交流发电机的搭铁形式

a）内搭铁型交流发电机 b）外搭铁型交流发电机

在汽车交流发电机中，按使用的整流二极管的数量不同，分为6管、8管、9管、11管及双整流系统的12管等。

6管整流发电机采用6个二极管组成三相桥式全流整流，将三相交流发电机输出的三相交流电变成直流电输出，如图3-3a所示。

8管整流发电机除采用其中6个二极管组成三相桥式全流整流输出外，另外增加2个中性点二极管，其中1只正极二极管VD₇接在交流发电机三相绕组的中性点和正极间，另一只负极管VD₈接在交流发电机三相绕组的中性点和负极间，对中性点的交流成分进行整流输出，在中高速时，提高交流发电机的输出功率，如图3-3b所示。

9管整流发电机除采用其中6个整流二极管组成三相桥式全流整流输出外，另外增加3个小功率磁场二极管与3只大功率负极管也组成三相桥式全波整流电路，用来专门提供励磁电流和控制充电指示灯，因此称3只小功率二极管为磁场二极管，如图3-3c所示。

11管整流发电机综合了上述中性点二极管和专门的磁场二极管的优点，使交流发电机的性能更好，如图3-3d所示。

图3-3 发电机整流电路类型

2.电压调节器

发电机电压调节器的作用是在交流发电机转速变化时，通过调节发电机励磁绕组的励磁电流的大小，使发电机的输出电压保持稳定，从而防止发电机输出电压过高而烧坏用电设备和导致蓄电池过量充电，同时也防止发电机输出电压过低而导致用电设备工作失常和蓄电池充电不足。

电压调节器按构成元件性质不同可分为触点式（电磁振动式）和电子式两种，现在常用的主要是电子式。电子式电压调节器又分为晶体管调节器和集成电路调节器。电子式电压调节器按交流发电机搭铁形式的不同又可分为内搭铁型和外搭铁型两种，内搭铁型发电机配用内搭铁型电压调节器，外搭铁型电压调节器配用外搭铁型调节器。注意：电压调节器的搭铁形式一定要和发电机的搭铁形式相配套，当遇到两者的搭铁形式不一致时，要把交流发电机的搭铁形式改为与电压调节器的搭铁形式相一致，调节器的搭铁形式是无法改变的。

（1）晶体管调节器 晶体管电压调节器是将晶体管作为一只开关串联在发电机的磁场电路中，根据发电机输出电压的高低，控制晶体管的导通和截止，调节发电机的励磁电流的大小，从而保持发电机输出电压稳定在规定的范围之内。图3-4分别为内搭铁型和外搭铁型晶体管调节器的工作原理图。

图3-4 晶体管式电压调节器的基本电路

a）外搭铁型电子调节器的基本电路 b）内搭铁型电子调节器的基本电路

在图3-4a所示的外搭铁型电子调节器的基本电路中大功率晶体管VT₂作为一个电子开关串联在交流发电机的励磁绕组端及搭铁端，因此调节器属于外搭铁型，所用的大功率晶体管VT₂通常为NPN型，通常也称外搭铁型调节器为NPN型调节器；在图3-4b所示的内搭铁型电子调节器的基本电路中大功率晶体管VT₂作为一个电子开关串联在交流发电机的励磁绕组端及电源端，因此调节器属于内搭铁型，所用的大功率晶体管VT₂通常为PNP型，通常也称内搭铁型调节器为PNP型调节器。

（2）集成电路电压调节器 集成电路电压调节器也称IC调节器，其工作原理与晶体管电压调节器相同。集成电路调节器装在发电机上，根据电压检测点的不同，可分为发电机电压检测法和蓄电池电压检测法两种，如图3-5所示。

发电机电压检测法：电压调节器的电压检测线在交流发电机上直接获得电压调节信号，图3-5a中加在分压器R₂、R₃上的电压是磁场二极管输出端L的电压U_L，U_L和发电机输出B端的电压U_B相等，检测点P的电压为U_P，由于检测点P加在稳压管VS两端的反向电压与发电机的端电压成正比，所以称为发电机电压检测法。

图3-5 集成电路电压调节器

a）发电机电压检测法 b）蓄电池电压检测法

蓄电池电压检测法：通过连接导线检测蓄电池端电压的变化来调节发电机的输出，图3-5b中加到分压器R₂和R₃上的电压为蓄电池端电压（通过直接连接到蓄电池上的检测线S），由于检测点P加在稳压管VS上的反向电压与蓄电池端电压成正比，所以称为蓄电池电压检测法。蓄电池电压检测法的优点在于电压检测线由于直接检测蓄电池的端电压，可以随时保持蓄电池处于充足电的状态，这对于目前日益增多的汽车电气设备来说，是非常必要的。

3.充电指示灯控制电路

（1）利用中性点电压控制充电指示灯 如图3-6所示，交流发电机定子绕组采用Y形接法时都有一中性点N，该点的直流平均电压与发电机的直流输出电压同步变化且为发电机输出电压的一半，所以，几乎所有采用星形接法的六管（或带中性点二极管的八管）交流发电机都是利用该点的电压，通过继电器或有关电路去控制充电指示灯的。充电指示继电器磁化线圈的一端接交流发电机的中性点，另一端搭铁，其常闭触点与充电指示灯串联。

图3-6 中性点控制的充电指示灯继电器电路

1—电压调节器 2—点火开关 3—充电指示灯 4—充电指示继电器

接通点火开关，若不起动发动机，发电机不运转，中性点电压为零，充电指示灯继电器不动作，其常闭触点保持闭合状态，电流分两路①蓄电池正极→点火开关→充电指示灯→充电指示继电器的常闭触点→搭铁→蓄电池负极，形成回路，充电指示灯亮，表示发电机没有运转发电，指示灯线路正常。②蓄电池正极→点火开关→调节器（﹢→F）→电刷→励磁绕组→电刷→搭铁→蓄电池负极，给励磁绕组提供励磁电流，为发电机的发电做好准备。

起动发动机后，发电机开始运转。随着发电机输出电压的升高，当发电机输出电压超过蓄电池电压时，中性点的输出电压高于充电指示继电器的动作电压，充电继电器的常闭触点被断开，切断充电指示灯回路的电流，充电指示灯熄灭，表示发电机正常发电，并向蓄电池充电。若发电机不发电或其输出电压低于蓄电池电压时，发电机中性点输出电压为零或低于充电指示继电器的动作电压，其常闭触点仍然闭合，充电指示灯亮，指示蓄电池不充电。

学习提示

注意：一般充电指示继电器的设计动作电压为6～7V，释放电压在6V以下，该继电器不能用12V或24V普通车用继电器代替。

在实际使用中，为了减少发电机与充电指示继电器、电压调节器等部件的连接导线，减少由于接线错误等造成的故障，通常都将充电指示继电器与电磁振动式调节器组合为一体，封装在一个壳体内，即形成具有电压调节和充电指示灯控制双重功能的组合继电器或双联调节器，如国产JFT126型双联调节器和日本丰田、日产车早期使用的双联振动式调节器等。随着电子技术的发展，此类组合继电器已完全实现电子模块化控制，值得说明的是，上述复合继电器中的充电指示灯继电器都可单独使用，只要继电器的标称电压合适，可在找不到匹配条件下选用。(www.xing528.com)

（2）利用三个磁场二极管控制充电指示灯 九管交流发电机增加了三个功率较小的二极管，其作用是专用来提供磁场电流及控制充电指示灯，所以又称为磁场二极管。采用磁场二极管后，可以省去继电器，而仅用简单的充电指示灯即可表示发电机工作情况的好坏。

图3-7所示为九管交流发电机充电系统电路图。发电机中VD₇、VD₈、VD₉为磁场二极管。发电机工作时，在发电机定子的三相绕组中产生的三相交流电动势，经VD₁～VD₆6个二极管所组成的三相全波桥式整流电路整流后，输出直流电压U_B+向蓄电池充电和向用电设备供电。发电机的磁场电流则由三个磁场二极管VD₇、VD₈、VD₉和三个负极二极管VD₂、VD₄、VD₆组成的三相全波桥式整流电路整流后的直流电压U_B+供给。调节器可为电磁式或晶体管式。

充电指示灯的工作原理如下：接通开关SW，蓄电池电流经充电指示灯→调节器接线柱D+→电磁振动式中的触点（或晶体管调节器中的大功率管）→调节器接线柱D_F→发电机磁场绕组→搭铁，构成回路。此时充电指示灯发亮，指示发电机被励磁。

发电机工作时，充电指示灯是由蓄电池电压与磁场二极管的输出端“D₊”电压的差值所控制。随着发电机转速的升高，由于“D+”电压增高，故充电指示灯的亮度减弱。当发电机电压达到蓄电池充电电压时，发电机开始自励，此时充电指示灯因两端的电位相等而熄灭，则表示发电机已经正常工作。

当发电机转速降低或发电机有故障时，则接线柱“D+”电压降低，由于指示灯两端的电位差增大，指示灯又发亮。这样利用该充电指示灯不仅可在停车后点亮警告驾驶人及时关掉电源开关，又可指示发电机的工作情况，同时还省去了结构复杂的继电器。

图3-7 九管交流发电机充电系统电路

4.充电系统电路识读示例

（1）丰田轿车充电系统电路识读 丰田轿车充电系统电路原理如图3-8所示。调节器装于发电机内部，构成整体式交流发电机。发电机对外有4个接线柱，分别为B、S、IG、L。当点火开关闭合时，蓄电池通过连接在开关和端子IG之间的导线为调节器提供电压。当交流发电机充电时，端子B和蓄电池之间的导线有电流流过。同时，集成电路调节器通过端子S监测蓄电池电压。这样，调节器根据需要增大或减少转子磁场能量。指示灯电路通过端子L连接起来，其工作过程如下。

图3-8 丰田轿车集成电路调节器充电系统电路

①当点火开关接通，发动机停机时，蓄电池电压加在接线柱IG上，集成电路电压调节器检测到这一电压，使VT₁处于交替截止导通状态，蓄电池经端子B为励磁绕组提供励磁电流，使励磁电流为0.2A，励磁绕组电路为：蓄电池正极→发电机接线柱B→励磁绕组→电压调节器F端→VT₁（c-e）电压调节器E端→搭铁→蓄电池负极。由于发电机尚未发电，P点电压为零，集成电路检测到这一情况，使VT₃导通，VT₂截止，充电指示灯亮。充电指示灯电路为：蓄电池正极→点火开关K→充电指示灯→电压调节器L端→VT_3（c-e）→电压调节器E端→搭铁→蓄电池负极。此时充电指示灯点亮，指示蓄电池放电。

②交流发电机发电，当电压低于调节电压时，P端电压上升，集成电路使VT₁由交替截止导通状态转变为持续导通，为励磁绕组提供充足的励磁电流。集成电路使VT₃截止，VT₂导通，充电指示灯熄灭。

③交流发电机发电，电压达到调节电压，集成电路检测到调节器S端电压达到标准电压时，使VT₁截止，励磁绕组电路被切断，发电机电压下降，调节器S端电压降低至低于标准电压时，集成电路又检测到这一变化，使VT₁导通，如此交替，控制调节器S端电压处于标准电压值。这时由于P点电压高，集成电路仍使VT₃截止，VT₂导通，充电指示灯熄灭。

④S端子断路而发电机转动时，如IC检测到S端断路（没有输入），则使VT₁交替处于导通截止状态，以保持输出端B的电压在13.3～16.3V。IC检测到S端子电压过低时，使VT₃导通，VT₂截止，充电指示灯亮。

⑤当调节器B端子断路一段时间，S端子电压尚未降到最低点（13V）时，集成电路又检测到调节器P端电压，使VT₁交替处于导通截止状态，将B端子电压保持在20V，防止输出电压不正常升高，保护交流发电机和调节器。当S端子电压降到最低点（13V）时，集成电路检测到这一情况，使VT₃导通，VT₂截止，充电指示灯亮。

⑥励磁绕组断路时，发电机会停止发电，P点电压变为零。当停止发电，且P点电压为零时，集成电路检测到这一状态，使VT₃导通，VT₂截止，充电指示灯亮。

（2）本田轿车充电系统电路识读

①数字电压调节器结构原理。图3-9所示为广州本田雅阁轿车充电系统电路图，充电系统装有测量充电系统负载的电负载检测器（ELD）。电负载检测器（ELD）测量系统总负载后，向控制电压调节器的ECM/PCM发送信号，然后由ECM/PCM控制发电机电压调节器，适时地接通和断开磁场电路，既能可靠地保证电气系统正常工作，使蓄电池充电充足，又能减轻发动机负载，提高燃油经济性。

在发电机内部有“P”、“F”和“E”3个接线柱，在调节器的外部有“B”、“C（S）”、“IG”、“L”和“FR”5个接线柱，其中，“P”端接发电机定子绕组某一相上，该点电压为硅整流发电机输出直流电压的一半；“F”与磁场绕组相连，调节器由此端子控制磁场绕组通断电；“E”为搭铁端；“B”为发电机输出端接线柱；“IG”接点火开关；“L”接充电指示灯；“C（S）”接发动机电脑，发动机电脑通过该接线柱对发电机的发电量进行控制；“FR”也接发动机电脑，发动机电脑通过该端子检测发电机的发电情况。

②充电系统工作过程。汽车电路中负载检测仪检测到电路中负载总电流的大小后，把负载电流信号送给ECM/PCM；调节器“FR”接线端子把发电机电压信号送到ECM/PCM，ECM/PCM根据这两个信号判断磁场电路应该接通还是断开，输出控制信号到“C（S）”端子，驱动调节器的控制电路，适时地接通和断开磁场绕组电路，以此控制发电机的输出电压。

当发电机电压低于蓄电池电压很多或电负载信号电压较小时，C（S）端子获得的电压接近于0，调节器接通“F”与“E”端的搭铁电路，发电机磁场绕组电流增大；随着发电机电压升高到蓄电池标准或以上电压，或负载信号电压接近蓄电池标准电压时，该端子电压等于蓄电池的端电压，当此电压达到规定的调节电压时，使调节器断开“F”与“E”端的搭铁电路，切断磁场绕组电流。由此获得ECM/PCM对发电机发电量的精确控制，减少发动机的机械负载，并提高汽车的燃油经济性。

图3-9 广州本田2.4轿车充电系统电路

5.新马自达3充电系统电路识读

（1）发电机结构 新马自达3充电系统采用了带有内置式功率晶体管的非调节型发电机，由于除去了调压器，发电机由PCM进行控制。由从PCM发送到发电机内置功率晶体管的负载信号来增加或降低励磁绕组里的励磁电流。

（2）发电机控制 根据发动机的工作状态和电负载状态对发电机的电压进行优化控制，可以提高怠速稳定性以及相应的负载性能。PCM根据来自输入设备的输入信号确定发动机工作条件和电负载条件，并控制发电机磁场绕组的励磁时间。

通过向装在发电机内的功率晶体管发送负荷信号，PCM将增大或减小磁场绕组的励磁电流。通过改变负载信号的占空比可以改变功率晶体管的励磁时间，从而改变磁场绕组的励磁电流。

为了保持最佳的蓄电池电压，PCM根据目标发电电流及当时的发电机自转速度计算目标励磁电流。发电机自转速度由发电机带轮与曲轴带轮传动比和发动机转速计算而来。PCM将对由进气温度、发动机转速和车速计算得来的目标蓄电池电压（调节电压）与当前的蓄电池电压进行比较，并根据其差值计算所需的发电机电流。

当使用电负载时，由于蓄电池电压随功率消耗的增大而降低，怠速期间的目标自转速度相应增加。

由于除去了调压器，发电机由PCM进行控制。由从PCM发送到发电机内置功率晶体管的负载信号来增加或降低励磁绕组里的励磁电流，如图3-10所示为充电系统的接线图，图3-11为充电系统电路原理图。

图3-10 新马自达3充电系统的接线图

图3-11 新马自达3充电系统电路原理

结合图3-10所示的充电系统的接线图，仪表组上的发电机警告信号灯在以下条件下点亮。

①充电系统电压低。

②充电系统电压高。

③进气温度（IAT）传感器电路输入低。

④进气温度（IAT）传感器电路输入高。